量子力学からのメッセージ

Masahiro Hotta @hottaqu

ブラックホールの地平面半径はその質量Mと重力定数Gと光速度ｃを用いてr=2GM/(c^2)と書ける。一方量子力学を考えると、プランク定数ℏも使ってブラックホールはL=ℏ/(Mc)程度の波長の波として振る舞う。Lよりrが小さくなると、その波が地平面からはみ出てしまって、地平面の本来の特徴が壊れるからだ。

Masahiro Hotta @hottaqu

波長Lと半径ｒが大体等しくなる質量はプランク質量と呼ばれていて、これより大きな質量の場合は古典的なブラックホールとして振る舞い、これより小さな質量の場合は素粒子として振る舞う。このようなことから、我々の体を作っている粒子は、ブラックホールにならないで済んでいる。

Masahiro Hotta @hottaqu

（電子や陽子がブラックホールだったら我々はそもそも存在していないだろうから、そうならないのは「人間原理」のためという自明な話には、大した価値がない。）

Masahiro Hotta @hottaqu

プランク質量あたりの領域では、時空が量子的に揺らぐ効果も大きくなるので、その解析には量子重力理論が必要となる。しかしこの理論はまだ未完成であり、理論物理学の残された大問題の１つなので、今後の若い人達に是非完成させてもらいたい。

Masahiro Hotta @hottaqu

若い物理学徒の皆さんへ。研究をする上で妄想や中二病は大切だったりします。タイムマシンを作りたい。こういう夢からスタートする研究人生だってアリです。ただ在学中には、夢想から沢山の仮説を産む発想力だけでなく、自分の論を批判的に考える検証力を身に着けて下さい。

Masahiro Hotta @hottaqu

ジョン・ウィーラーという先生がいました。彼の研究の原点はある意味「夢想力」でした。彼の学生だったリチャード・ファインマンと議論をしてる最中に、ウィーラーは唐突にこう言いだしたそうです。世界には沢山の電子があるように見えるが、実はただ１つの電子が時間を行ったり来たりしてるだけだと。

Masahiro Hotta @hottaqu

質量も自転スピンも正確に電子と同じ値をとるのに、電荷だけが反対な、陽電子という粒子があります。電子の反粒子です。電子と陽電子がぶつかると光（光子）になって対消滅します。また光子は電子と陽電子に対生成することもあります。図では横軸が空間、縦軸方向が時間です。波線は光子を表してます。 pic.twitter.com/Zd6bBYGayg

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ウィーラーは時間順方向に進む陽電子e+は、時間を逆行する電子e-だと解釈しようとしました。すると異なる粒子は必要なく、図のようにただ１つの粒子が時空の中をうろうろしているだけに見えます。世界中にある全ての電子と陽電子は、時間を進んだり戻ったりする１つの粒子に過ぎないと夢想したのです。 pic.twitter.com/5J7szt3f6v

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Masahiro Hotta @hottaqu

時間を行ったり来たりする１つの粒子の運動を、ある時刻の断面上で見た時には、それを横切る沢山の電子と陽電子が出てくるというアイデアです。これならば、なぜ電子と陽電子が同じ質量、同じスピンを持つのかも自明です。時間反転では電気の力の向きは変わるので、電荷が反転するのも自然に導かれます pic.twitter.com/xC5OgnXxpz

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Masahiro Hotta @hottaqu

ウィーラーはこのアイデアをきちんとした物理学理論にまとめ上げることができませんでした。ブレーンストーミングの夢想に終わります。でもこの描像自体は文脈を変えて、学生だったファインマンが受け継ぎ、量子電磁力学の中で多用されることになります。ファインマンはこれでノーベル賞をとりました。 pic.twitter.com/XmXVZJJgQu

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Masahiro Hotta @hottaqu

ウィーラーはブレスト的なアイデアマンで、現代で言うところの沢山のバズワードを残しました。しかし彼自身がそのアイデアを具体的な形にまとめ上げたものは、ほとんどありません。それでも、彼の夢想が他の多くの研究者に刺激を与えたのは、間違いありません。

Masahiro Hotta @hottaqu

晩年のウィーラーが拘ったバズワードの１つが「It From Bit」でした。このItは、世界の存在全てを指しています。そしてBitはビットであり、情報の基礎単位です。具体的には、彼は量子力学を情報理論を原理にして導こうとしていたのです。この思想は現在の理論物理学にも大きな影響を与え続けています。

Masahiro Hotta @hottaqu

夢想力は自分達の仮説力に繋がります。だから大切にしてください。でもウィーラーの例でも分かるように、それだけでは足りません。

Masahiro Hotta @hottaqu

物理学徒の皆さんには、答えのない現象に対して数多くの仮説を自分で立てられる「仮説力」、それらを論理的に自分で批判していく「批判的思考力」、そしてそれでもありえる複数の可能性の中から真実の答えを抜き出す実験法を思いつける「検証力」を、これから大いに磨いてもらいたいと願っています。

Masahiro Hotta @hottaqu

多世界解釈においては意識をもった観測者は不要で、機械である測定機または記憶装置だけでうまくいくという主張もあるが、それもおかしい。宇宙の波動関数（量子状態）を書くだけでは、どのように情報が測定され、そしてそれが量子系としての測定機の記憶庫の中に納められるのかが決まっていないから。

Masahiro Hotta @hottaqu

量子力学は情報理論の一種です。そして標準的コペンハーゲン解釈には前世紀に議論された観測問題もないことが分かっています。このあたりは下記スレッドをご覧ください。 twitter.com/hottaqu/status…

Masahiro Hotta @hottaqu

量子力学は、情報理論の一種です。量子状態は、任意の物理量を測定したときのその観測値の確率分布を与えます。また逆にある物理量の確率分布が分かると、量子状態は一意に定まります。つまり「量子状態」＝「物理量の観測値の確率分布の集合」ということです。

2019-12-04 04:28:50

Masahiro Hotta @hottaqu

いろいろ多世界解釈は問題だらけなのだが、一番の問題はそれを語る人間が、議論の途中でこっそりと仮定（証明できない公理）を後から加えたり、都合の良い恣意的なことをしても、平然としていることなのだろうと考えている。そういう議論を聞いたら、物理学徒はしっかりと突っ込みを入れて欲しい。

Masahiro Hotta @hottaqu

量子力学を学んだ物理屋にとっては極当たり前の事実に過ぎないのだが、量子力学に関心がある一般の人にとっては既知ではないと思って、コメントしておく。

Masahiro Hotta @hottaqu

コペンハーゲン解釈に必要な意識は、飽くまで観測する自分自身の意識だけ仮定すれば良い。他人に自分と同様のクオリアがあるかないかとか、意識があるかないかとか、そのような問いはそもそも科学にとって答えを出せない構造の不良設定問題に過ぎない。

Masahiro Hotta @hottaqu

コペンハーゲン解釈では、うまくこの意識のハードプロブレムを回避して、意味のある科学理論となっているのだ。しかし多世界解釈ではそうではない。実在としての宇宙全体の量子状態から「私」自身の意識の創発も証明しないといけないので、ハードプロブレムに激突している形而上学的な思索に過ぎない。

Masahiro Hotta @hottaqu

もし多世界解釈を科学の理論にしたければ、意識のハードプロブレムを解く必要がある。しかしそれは不可能なことは物理屋は知っているし、また多くの哲学者ですらも同意するだろう。多世界解釈はそれだけ問題が多い話になっている。物理学徒にはこれを完成させようという野望を持つことはお勧めしない。

Masahiro Hotta @hottaqu

プロの物理屋であろうとアマ研究者であろうと、多世界解釈派の人はこのスレッドの問題を解いて、満足のいく答えを出した人だけ、多世界解釈についてのリプを飛ばしてください。答えを出せない多世界ビリーバ―の方は、今後は単に放置しようとおもいます。 twitter.com/hottaqu/status…

Masahiro Hotta @hottaqu

多世界解釈派の人は次の問題を解いてみて欲しい。まず宇宙の波動関数（以下では宇宙状態と表記）を、下記のように簡略化して書いてみる。この簡略化でも、議論の本質は変わらない。 pic.twitter.com/8G2d3ui4su

2019-12-08 05:44:43

Masahiro Hotta @hottaqu

下記の記事も、ご参照を。 mhotta.hatenablog.com/entry/2015/02/…

Masahiro Hotta @hottaqu

十分にリソースを使って、重要な知識は提供しましたよね。TWを遡って、自習をして整合する答えがあれば送ってください。しかし私はまともな答えはないと思っているので、多くの人が多世界解釈を捨てて標準的なコペンハーゲン解釈に戻ってくれることを信じています。